《岩石物理性质》PPT课件教学文稿

岩石是矿物的集合体，是天然地质作用的产物。 岩石是构成岩体的基本组成单位，在以岩体为研究对
象时，可以看成是均匀的； 岩石中存在微裂隙、粒间空隙、晶格缺陷等微结构面；
岩石的基本构成
岩石中微结构面包括：晶粒边界、微 裂隙、粒间空隙、晶格缺陷等
岩石的基本构成
➢ 岩石的基本构成是由组成岩石的物质成分和结构两大方 面来决定的
KR
cw c
岩石中含有较多的亲水性和可溶性矿物，大开孔隙较多， 岩石的软化性较强，软化系数较小。
KR＞0.75，岩石的软化性弱，工程地质性质较好 KR＜0.75，岩石软化性较强，工程地质性质较差
岩石的抗冻性
岩石抵抗冻融破坏的能力，称为抗冻性。
抗冻系数(cf)：岩样在±25 ℃的温度区间内，反复降 温、冻结、升温、融解，其抗压强度有所下降，岩 样抗压强度的下降值与冻融前的抗压强度的比值， 用百分率表示，即
石英闪长岩； 浅成岩常见岩石：花岗斑岩、闪长玢岩、伟晶岩、
辉绿岩； 喷出岩常见岩石：玄武岩、安山岩和流纹岩
岩石的地质成因分类
➢沉积岩（水成岩）：由风化剥蚀作用或火山作 用形 成的物质，在原地或被外力搬运，在适当的条件下沉 积下来，经胶结和成岩作用而形成的；又细分为：火 山碎屑岩、胶结碎屑岩、粘土岩、化学岩和生物岩； 火山碎屑岩常见岩石：火山集块岩、火山角砾岩、 凝灰岩； 胶结碎屑岩常见岩石：各种砾岩、砂岩、粉砂岩、 胶结碎屑岩； 粘土岩常见岩石：页岩、泥岩； 化学岩和生物岩常见岩石：碳酸盐类岩石（石灰岩 和白云岩）
《岩石物理性质》PPT课 件
2.1 概述
岩石是构成地壳表层岩 石圈的主题，目前人类 前所未有地、广泛地接 触和改造岩体；
20世纪被誉为高层建筑 的世纪，而21世纪出于 环境保护等方面的原因， 人类将要向地下索取更 多的空间，因此专家预 言21世纪将是地下工程 的世纪。
2.1 概述
岩石是赋存于自然界中的十分复
体积增大约9%，会产生很大的膨胀压力，使岩石的 结构发生改变，直至破坏。
结束！
岩石的比重，数值上等于其密度。
2.3.3 岩石的孔隙性
天然岩石中含有数量不等、成因各异的孔隙和裂 隙，它们对岩石力学的影响基本一致，工程实践中 难以分开，通称为岩石的孔隙性。用孔隙率n表示。
岩石的孔隙率n是指岩石孔隙的体积与岩石总体积 的比值，以百分数表示。
岩石的孔隙 (裂隙、孔隙)
开孔隙 闭孔隙
岩石的地质成因分类
➢ 变质岩：在已有岩石的基础上，经过变质混合作用后 形成的。可分为接触变质岩、动力变质岩、区域变质 岩；
动力变质岩常见岩石：压碎岩、角砾岩、糜棱岩； 区域变质岩常见岩石：片麻岩、片岩、千枚岩、板岩、
石英岩、大理岩；
2.3 岩石的物理性质
2.3.1 岩石的容重 2.3.2 岩石的比重 2.3.3 岩石的孔隙性 2.3.4 岩石的水理性
cf
c cf 10% 0 c
式中，cf为岩石的抗冻系数；σc为岩样冻融前的抗压强 度（kPa）； σcf为岩样冻融后的抗压强度（kPa）
岩石的抗冻性
cf 越小，岩石抗冻性越好;
岩石在反复冻融后其强度降低的主要原因是： 构成岩石的各种矿物的膨胀系数不同，当温度变化
时，由于矿物的胀、缩不均而导致岩石结构的破坏； 当温度降到0 ℃以下时，岩石孔隙中的水将结冰，其
2.3.1 岩石的容重
岩石力学计算及工程设计中常用到岩石容重。根
据岩石的含 水状况，将容重分为天然容重（ ）、
干容重（ d）和饱和容重（ ）w 。
2.3.1 岩石的容重
测量岩石的容重可采用量积法（直接法）、水中法和 蜡封法。选用依据——岩石的性质和形态
➢量积法测定岩石容重
适用于能制备成规则试样的岩石。
造岩矿物主要有：正长石、斜长石、石英、黑云母、白云母、 角闪石、辉石、方解石、白云石、高岭石、赤铁矿等，岩石中 矿物成分会影响岩石的物理力学性质和稳定性；
岩石的结构类型：结晶连接、胶结连接、微结构面（包括矿物 的解理、晶格缺陷、晶粒边界、粒间空、微裂隙等）；
➢ 微结构对于岩石物理力学性质的影响
Wp
mw2 ms
100%
n0V V V010% 0 dW wpdWp
饱水系数
岩石的吸水率(Wa)与饱和吸水率(Wp)之比，称为饱水系数。 它反映了岩石中大、小开空隙的相对比例关系。
岩石的吸水性
国外采用高压设备，测定岩石的饱和吸水率；国内常 用真空抽气法或煮沸法测定饱和吸水率。
岩石的透水性
在一定的水力梯度或压力差作用下，岩石能被水透过 的性质，称为透水性。
大开孔隙 小开孔隙
2.3.3 岩石的孔隙性
岩 石 孔 隙 率
隙比
总孔隙率(n) 总开孔隙率(no) 大开孔隙率(nb) 小开孔隙率(ns) 闭孔隙率(nc)
e VV s 1 Vs d
nVv1 V
0 % 0 (1 d s)1
0 % 0
n0
Vv0 V
100 %
nb
Vvb 100% V
ns V V v s10% 0n0nb
➢吸水性
定义：岩石在一定的试验条件下吸收水分的能力，称 为岩石的吸水性。
吸水率(Wa)：岩石试件在大气压力和室温条件下自由
吸入水的质量(mw1)与岩样干质量(ms)之比，用百分数
表示
Wa
mw1 mw2
100%
nbV V V b 10% 0 dW wa dW a
岩石的吸水性
饱和吸水率
岩石的饱和吸水率(Wp)是指岩石试件在高压(一般压力为 15MPa) 或 真 空 条 件 下 吸 入 水 的 质 量 (mw2) 与 岩 样 干 质 量 (ms)之比，用百分数表示，即
水只能沿连通孔隙渗透，主要决定于岩石孔隙的大小、 方向及其互相连通情况
一般认为，水在岩石中的流动，如同水在土中流动一 样，也服从于线性渗流规律——达西定律，即
UKJ
几种岩石的渗透系数值
岩石的软化性
岩石浸水饱和后强度降低的性质，称为软化性，
软化系数(KR)为岩石试件的饱和抗压强度(σcw)与干抗 压强度(σc)的比值
杂的介质，是自然界各种矿物的
集合体；
岩石形成后遭受了不同的地质作
用，包括地应力变化、构造运动、
风化作用以及人类的改造作用；
因此，岩石的力学性质表现出非
线性、不连续性、不均质性和各
向异性；
岩石力学需要以实验为基础，为
+2 m
数值计算等提供基础数据，这是
数值计算及工程施工的基础；
2.2 岩石的基本构成和分类
大大降低岩石的强度（格里菲斯理论的解释，在低围压下明 显）；
微结构面具有方向性，致使岩石各向异性； 增大了岩石的变形，改变岩石的弹性波速、电阻率和导热系数
等物理参数；
岩石的地质成因分类
可以分为岩浆岩、沉积岩和变质岩 ➢ 岩浆岩：岩浆冷凝后形成的，又可分为深成岩、浅
成岩和喷出岩（火山岩）； 深成岩常见岩石：花岗岩、闪长岩、花岗闪长岩、
nc V V vc10% 0nn0
2.3.3 岩石的孔隙性
孔隙率是衡量岩石工程质量的重要物理性质指标之一。 岩石的孔隙率反映了孔隙和裂隙在岩石中所占的百分比， 孔隙率愈大，岩石力学性能则愈差。
2.3.4 岩石的水理性质
岩石的水理性质指岩石与水相互作用时所表现的性质， 包括岩石的吸水性、透水性、软化性和抗冻性。
适用于前两种方法不能测定的的岩石。
2.3.2 岩石的比重
岩石的比重：岩石固体部分重量与4℃时同体积水的重量
的比值，即
Gs
Ws
Vs w
式中，Gs为岩石的比重；Ws为体积为V的岩石固体部 分的重量（kN）；Vs为岩石固体部分（不包括孔隙）
的体积（m3）；rw为4℃时单位体积水的重量（kN/m-
3）。
测定试件的平均断面面积A，平均高度h 以及试样 的重量W，代入式容重表达式即求得岩石的天然容 重。
若试样在105 ℃ ~110 ℃温度下烘干24小时称重，
可测定岩石的干容重（ d）：
d
gs Ah
gs——岩样烘干24小时后的重量（kN）
2.3.1 岩石的容重
➢水中称重法测定岩石的容重
首先称量出不规则岩样的重量（W），再根据阿基米
2.3.1 岩石的容重
岩石的容重指岩石单位体积（包括岩石内孔隙体积） 的重量。岩石容重表达式为
W V
式中，为岩石容重（kN/m-3）；W为被测岩样的重
量（kN）；V为被测岩样的体积（m3）。 岩石的容重取决于组成岩石的矿物成分、孔隙发育 程度及其含水量。岩石容重的大小，在一定程度上 反映出岩石力学性质的优劣。一般地，岩石容重愈 大，其力学性质也愈好，反之则愈差。
德原理测定出不规则岩样的体积（V），由容重公式求
得天然容重（γ ）。
还可用同一岩样测定岩石的吸水率和饱和吸水率。
不适用于遇水崩解、溶解和干缩湿胀的岩石。
➢蜡封法测定岩石容重
计算岩石干容重的公式为：
d
g1
g2
gs g1 g2
n
gs为干岩样重量；g1为蜡封后的岩样重量；g2为浸入纯 水中称得的重量； 为蜡n 的容重。